rekabentuk dan fabrikasi sistem stering kereta

REKABENTUK DAN FABRIKASI SISTEM STERING KERETA LUMBA

ELEKTRIK FORMULA VARSITI

MOHD NAZRUL BIN OTHMAN

UNIVERSITI TEKNIKAL MALAYSIA MELAKA

i

PENGESAHAN PENYELIA

“Saya akui bahawa telah membaca laporan ini dan pada pandangan saya laporan ini

adalah memadai dari segi skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan Ijazah

Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal (Rekabentuk & Inovasi).”

Tandatangan :...................................

Penyelia : ..................................

Tarikh :...................................

ii

REKABENTUK DAN FABRIKASI SISTEM STERING KERETA LUMBA

ELEKTRIK FORMULA VARSITI

MOHD NAZRUL BIN OTHMAN

Laporan ini dikemukakan sebagai

memenuhi sebahagian daripada syarat penganugerahan

Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Mekanikal (Rekabentuk & Inovasi)

Fakulti Kejuruteraan Mekanikal

Universiti Teknikal Malaysia Melaka

JUN 2012

iii

PENGAKUAN

“Saya akui laporan ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali ringkasan dan petikan

yang tiap-tiap satunya saya telah jelaskan sumbernya”

Tandatangan :….……………………

Penulis: ………………………

Tarikh :….....…………………

iv

Khas buat ayahda tersayang, Dasar Bin Jurami,

dan juga ibunda tercinta, Tuminah Bte Samingon.

v

PENGHARGAAN

Pertama sekali saya bersyukur kepada Allah S.W.T kerana limpah dan

kurnianya memberikan kesihatan dan kekuatan kepada saya untuk melaksanakan

kajian ini. Selain dari usaha keras saya, projek sarjana muda ini mendapat galakkan

dan sokongan dari pelbagai pihak sama ada penyelia, keluarga, rakan-rakan mahupun

institusi yang telah memainkan peranan penting dalam membantu saya

menyelesaikan projek ini. Saya ingin mengucapkan ribuan terima kasih khas buat

penyelia saya, Dr Muhammad Zahir Bin Hassan di atas pengawasan dan bantuan

yang diberikan semasa dalam tempoh penyelidikan. Terima kasih di atas kesediaan

Dr. Muhammad Zahir Bin Hassan untuk menilai kertas penyelidikan saya dan

mengkaji semula laporan saya sebelum penyerahan dibuat. Saya juga ingin

mengucapkan terima kasih kepada kedua ibu bapa saya dan kepada ahli keluarga

kerana memberi sokongan moral yang tidak berbelah bahagi. Sokongan ibu dan ayah

amat saya hargai tanpa mereka projek ini tidak mampu dilaksanakan dengan

sempurna. Akhir sekali, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada Universiti

Teknikal Malaysia Melaka (UTeM), rakan kelas tahun akhir bagi kursus Rekabentuk

dan Inovasi tahun 2011/2012 di atas sokongan anda semua. Segala sumbangan anda

semua amat saya hargai. Terima kasih di ucapkan.

vi

ABSTRAK

Formula Varsiti merupakan satu acara sukan perlumbaan berteraskan

akademik yang telah lama diadakan. Universiti Teknikal Malaysia Melaka(UTeM)

merupakan pencetus idea awal dalam kejohanan Formula Varsiti ini. Oleh demikian,

pelbagai tranformasi telah dilakukan dalam meningkatkan lagi prestasi dan

penganjurannya. Kini pada tahun 2012, pasukan Universiti Teknikal Malaysia

Melaka(UTeM) untuk pertama kalinya telah menghantar sebuah kereta lumba

berkuasa elektrik. Dengan menggunakan motor elektrik sebagai sistem janakuasa

menggantikan sistem enjin berkuasa petrol, ianya lebih menerapkan ciri-ciri mesra

alam dan menolak kepada pencemaran alam sekitar. Universiti Teknikal Malaysia

Melaka(UTeM) akan memperkenalkan “Kereta Lumba Elektrik Formula Varsiti

UTeM.” Bagi kajian projek sarjana muda(PSM) kali ini, kereta lumba ini telah

mendapat kebenaran untuk dijadikan tajuk projek dengan membahagikan kereta ini

kepada beberapa sistem. Kajian untuk laporan ini lebih menjurus kepada sistem

stering bertajuk “Rekabentuk dan Fabrikasi Sistem Stering Untuk Kereta Lumba

Elektrik Formula Varsiti.” Kajian ini merangkumi satu ulasan tentang stering

automotif mengikut spesifikasi daripada kereta lumba dan kaedah merekabentuknya.

Dalam merekabentuk stering tersebut, satu perisian telah digunakan iaitu perisian

CATIA V5R16. Kajian ini juga melibatkan satu analisis sistem stering bagi

membuktikan modifikasi rekabentuknya dengan menggunakan perisian Adams.

vii

ABSTRACT

Formula Varsity is an academic event race that has long held. Universiti

Teknikal Malaysia Melaka(UTeM) is the main idea of a trigger in this event. Thus, a

variety of transformation has been done in improving the performance and the

organization of this race. Now in 2012, Universiti Teknikal Malaysia Melaka(UTeM)

team for the first time have sent an electric race car. By using the electric motor as a

power system generators replace the petrol engine, it is applying the concept of

environmentally friendly and refuse to environmental pollution. Universiti Teknikal

Malaysia Melaka(UTeM) will introduce the "UTeM Formula Varsity Electric Racing

Car." For the study of undergraduate project(PSM) this time, this race has obtained

permission for the project by dividing the system into several title. Research for this

report is more focused on the steering system entitled "Design and Fabrication

Steering System of Formula Varsity Racing Car.” This study includes a review of

automotive steering wheel of a race car specifications and method. In the steering-

wheel design, a software has been used, Catia V5R16 software. The study also

involves an analysis of steering system for proving the correct modifications design

and meets all required specification using the software Adams.

viii

KANDUNGAN

BAB PERKARA MUKA SURAT

PENGAKUAN iii

DEDIKASI iv

PENGHARGAAN v

ABSTRAK vi

ABSTRACT vii

KANDUNGAN viii

SENARAI JADUAL xiv

SENARAI RAJAH xvi

SENARAI LAMPIRAN xxii

BAB I PENGENALAN 1

1.1 LATARBELAKANG 1

1.2 OBJEKTIF 2

ix


1.3 SKOP PROJEK 2

1.4 ULASAN KESELURUHAN 3

1.5 PERNYATAAN MASALAH 3

BAB II KAJIAN ILMIAH 5

2.1 SEJARAH KERETA ELEKTRIK 5

2.2 JENIS-JENIS SISTEM ASAS KERETA 6

2.3 SISTEM STERING 10

2.4 SEJARAH STERING 11

2.5 JENIS-JENIS STERING 12

2.6 STERING RAK DAN PINAN 17

2.6.1 Komponen utama stering rak dan pinan 18

2.6.2 Prinsip di dalam stering 21

2.6.3 Dinamik di dalam stering kenderaan 22

2.6.4 Nisbah stering 24

2.6.5 Sudut castor caster 24

2.6.6 Sudut kamber camber 25

2.6.7 Daya dan momen pada sistem stering 26

x


2.7 GEAR 31

2.7.1 Tindakan gigi gear 33

2.7.2 Syarat betul mencangkok 34

BAB III METODOLOGI 36

3.1 PENGENALAN 36

3.2 CARTA ALIR PROJEK 37

3.3 KAJIAN ILMIAH 38

3.4 REKABENTUK 38

3.5 PEMILIHAN REKABENTUK 40

3.6 FABRIKASI 41

3.7 ANALISIS 41

3.8 UJIKAJI 42

3.9 KEPUTUSAN 42

3.10 DATA ANALISIS 42

3.11 LAPORAN 43

3.12 CARTA GANTT (PSM 1) 43

3.13 CARTA GANTT (PSM 2) 44

xi


BAB IV REKABENTUK DAN PEMILIHAN BAHAN 45

4.1 PENGENALAN REKABENTUK 45

4.1.1 Kaedah rekabentuk 45

4.1.2 Penilaian dan pemilihan konsep 49

4.1.3 Proses penilaian dan pembangunan konsep 54

4.1.4 Konsep pemilihan akhir 55

4.2 PENGENALAN PEMILIHAN BAHAN 56

4.2.1 Perbandingan 58

4.4.2 Kesimpulan 58

BAB V ANALISIS REKABENTUK 60

5.1 PENGENALAN 60

5.2 ANALISIS TERHADAP REKABENTUK PINAN 60

5.2.1 Analisis statik gear taji 61

5.3 ANALISIS TERHADAP REKABENTUK RAK 63

5.3.1 Analisis statik rak 65

5.4 ANALISIS TERHADAP REKABENTUK ACI 66

5.4.1 Analisis statik aci 67

xii


5.5 ANALISIS TERHADAP REKABENTUK RUMAH

RAK DAN PINAN 69

5.5.1 Analisis statik rumah rak dan pinan 69

5.6 ANALISIS DINAMIK MEKANISME SISTEM RAK

DAN PINAN 71

5.7 ANALISIS TERHADAP NISBAH PUSINGAN

STERING 73

BAB VI FABRIKASI 76

6.1 PENGENALAN 76

6.2 CARTA ALIR FABRIKASI 77

6.3 PERANCANGAN PROJEK 78

6.4 PEMBELIAN BARANG 79

6.5 LUKISAN PRODUK DAN DIMENSI 79

6.6 FABRIKASI 79

BAB VII KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN 86

7.1 PENGENALAN 86

7.2 PERBINCANGAN TERHADAP NISBAH STERING 87

xiii


7.3 PERBINCANGAN TERHADAP PENGURANGAN

BERAT 88

7.4 PERBINCANGAN TERHADAP ANALISIS 89

7.5 PERBINCANGAN TERHADAP REKABENTUK

DAN FABRIKASI 90

7.6 PERBINCANGAN TERHADAP KOS PEMBUATAN 92

BAB VIII KESIMPULAN DAN SARANAN 93

8.1 KESIMPULAN 93

8.2 SARANAN 94

RUJUKAN 95

LAMPIRAN 98

xiv

SENARAI JADUAL

BIL. TAJUK MUKA SURAT

3.1 Ciri-ciri rekabentuk 40

3.2 Aktiviti mingguan (PSM 1) 43

3.2 Aktiviti mingguan (PSM 2) 44

4.1 Aplikasi logik digital terhadap pemilihan kriteria sistem stering 51

4.2 Faktor pemberat bagi setiap kriteria 52

4.3 Proses penilaian dan pembangunan konsep 54

4.4 Nilai rating 55

5.1 Analisis pusingan sistem stering 75

6.1 Pecahan struktur fabrikasi sistem stering 78

7.1 Perbandingan nisbah antara sistem stering baru

dengan sistem stering lama(ZRT) 87

7.2 Perbandingan berat antara rekabentuk sistem stering baru dengan

sistem stering lama(ZRT) 88

xv


7.3 Faktor keselamatan bagi setiap komponen 89

7.4 Kos pembuatan sistem stering 92

xvi

SENARAI RAJAH


2.1 Motor elektrik 7

2.2 Sistem gantungan 8

2.3 Sistem brek 8

2.4 Knucle 9

2.5 Chasis 9

2.6 Permukaan badan 10

2.7 Sistem stering 10

2.8 Fillers pada kapal 12

2.9 Sistem stering kuasa power stering 13

2.10 Stering empat roda four wheel stering 13

2.11 Stering berkelajuan sensitif speed sensitive steering 14

2.12 Stering roda belakang rear wheel steering 15

2.13 Stering peredaran bola recirculating ball steering 15

xvii


2.14 Stering pandu-dawai steer by wire 16

2.15 Stering bersendi articulated steering 16

2.16 Stering go-kart 17

2.17 Stering rak dan pinan 18

2.18 Komponen dalam stering rak dan pinan 18

2.19 Getah puputan rubber bellows 19

2.20 Pinan pinion 19

2.21 Rak rack 20

2.22 Bola sendi dalam inner ball joint or socket 20

2.23 Rod penghubung tie-rod 21

2.24 Jari kaki dalam atau jari kaki keluar toe-in or toe-out 21

2.25 Prinsip Ackerman 22

2.26 Understeer 23

2.27 Oversteer 23

2.28 Sudut castor caster 25

2.29 Sudut kamber camber 25

2.30 Daya-daya bertindak pada permukaan roda 26

2.31 Tiga jenis daya dan tiga jenis momen yang bertindak

pada permukaan roda 27

xviii


2.32 Momen yang dihasilkan daripada daya menegak yang

bertindak pada kecondongan sisi 28

2.33 Daya kilas stering terbit daripada sudut kecondongan

sisi 28

2.34 Momen yang dihasilkan daripada daya-daya menegak

yang bertindak pada sudut castor caster 29

2.35 Momen stering yang dihasilkan daripada daya sisi 29

2.36 Momen stering yang dihasilkan daripada daya kuasa 30

2.37 Gear spurs 31

2.38 Gear heliks selari 32

2.39 Gear tulang hearing 32

2.40 Rak dan pinan 32

2.41 Sentuhan antara dua biji gear 33

2.42 Cangkokkan gear 34

3.1 Carta alir bagi PSM1 dan PSM 2 37

3.2 Sistem stering rak dan pinan ringkas (Rekabentuk 1) 39

3.2 Sistem stering rak dan pinan kompleks (Rekabentuk 2) 39

3.4 Sistem stering konsep go-kart (Rekabentuk 3) 39

4.1 Jumlah kaedah rekabentuk 46

4.2 Sistem stering rekabentuk 1 48

xix




4.5 Graf palang kriteria faktor pemberat 54

4.6 Sistem stering rekabentuk akhir 55

4.7 Keluli bekarbon rendah 59

5.1 Gear taji 61

5.2 Saiz gigi gear taji 61

5.3 Analisis statik gear taji 61

5.4 Anjakan translasi gear taji 62

5.5 Tekanan Von Mises gear taji 63

5.6 Gear rak 64

5.7 Saiz gear rak 64

5.8 Analisis statik gigi rak 65

5.9 Tekanan Von Mises gigi rak 65

5.10 Aci 66

5.11 Analisis statik aci 67

5.12 Anjakan translasi aci 67

5.13 Tekanan Von Mises aci 68

5.14 Rumah rak dan pinan 69

5.15 Analisis rumah rak dan pinan 69

xx


5.16 Tekanan Von Mises rumah rak dan pinan 70

5.17 Lukisan Adams rak dan pinan 71

5.18 Analisis Adams sistem rak dan pinan 71

5.19 Graf displacement rak 72

5.20 Graf relative velocity rak 72

5.21 Graf torque gear taji 72

5.22 Sitem stering prinsip Ackerman 73

5.23 Sistem stering prinsip selari 74

5.24 Model sistem stering 74

6.1 Carta-alir fabrikasi sistem stering 77

6.2 Fabrikasi bahagian 1 80

6.3 Modifikasi rak 80

6.4 Komponen rumah rak dan pinan 81

6.5 Memotong keluli berongga segiempat sama 81

6.6 Memotong keluli berongga bulat 81

6.7 Menebuk lubang 82

6.8 Milling process 82

6.9 Proses mengimpal rumah rak dan pinan 82

6.10 Komponen lengan stering 83

6.11 Modifikasi lengan stering 83

xxi


6.12 Komponen rod penyambung stering 83

6.13 Sambungan-U U-joint 84

6.14 Modifikasi rod penyambung 84

6.15 Proses mengecat produk 84

6.16 Proses mencantum produk 85

6.17 Produk sistem stering 85

7.1 Tempahan gear dan rak yang gagal 91

7.2 Tempahan gear dan rak yang betul 91

xxii

SENARAI LAMPIRAN


A Lukisan catia gear taji 101

B Lukisan catia rak 102

C Lukisan catia aci 103

D Lukisan catia rumah rak dan pinan 104

E Lukisan catia lengan stering 105

F Lukisan catia rod penyambung stering 106

G Lukisan pecahan komponen sistem stering 107

H Lukisan produk sistem stering 108

1

BAB I

PENGENALAN

1.1 LATARBELAKANG

Kereta adalah sebuah kenderaan yang mempunyai pelbagai sistem. Salah satu

daripada sistem yang penting digunakan bagi mengubah arah haluan kereta dikenali

sebagai sistem stering. Sistem stering merupakan satu sistem penting yang perlu ada

di dalam sesebuah kereta selain sistem brek, sistem janakuasa dan sistem-sistem lain.

Dewasa ini terdapat pelbagai jenis sistem stering yang menggunakan kuasa

hidraulik, kuasa elektrik mahupun manual. Stering jenis kuasa kini lebih banyak

dibangunkan sesuai dengan era permodenan. Namun demikian, tidak kesemua

kenderaan menggunakan sistem stering jenis kuasa. Sistem stering jenis manual

masih lagi diperlukan mengikut kesesuaian kenderaan. Oleh yang demikian, sistem

stering jenis manual menjadi penanda aras bagi mereka yang baru berjinak-jinak

mengenali atau mempelajari komponen paling asas yang terdapat dalam sistem

stering.

rekabentuk dan fabrikasi sistem stering kereta

Documents